基礎(chǔ)物理學(xué)教程-(上卷)(第二版)

前言

自1997年3月《基礎(chǔ)物理學(xué)》及其后的《基礎(chǔ)物理學(xué)教程》出版以來，經(jīng)過八年的教學(xué)實踐，感到有必要對全書進行修訂。首先，糾正了一些錯誤或不準(zhǔn)確的敘述。其次，部分內(nèi)容用小號字體排版并打上星號，在教學(xué)過程中可以略去不講。同時，調(diào)整了部分內(nèi)容的順序，進一步刪減了部分涉及數(shù)學(xué)較深或理論性較強的內(nèi)容，減少了篇幅。最后，對于較抽象的內(nèi)容增加了物理圖像的敘述，并增加了必要的數(shù)學(xué)知識附錄，以適應(yīng)低年級大學(xué)生的要求。參照教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會頒發(fā)的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》，本教材增補了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識內(nèi)容。在確?；疽蟮幕A(chǔ)上，本教材強調(diào)了量子物理（包括量子統(tǒng)計）的重要性，進一步增加了從物理前沿進展中提煉出來的部分基礎(chǔ)物理內(nèi)容，希望非物理類理工學(xué)科的大學(xué)生也能有扎實的物理基礎(chǔ)來面對飛速發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)。經(jīng)驗表明，理工學(xué)科大學(xué)生要學(xué)好本教材的內(nèi)容，只要求具有大學(xué)高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，并不要求系統(tǒng)掌握數(shù)學(xué)物理方法的內(nèi)容。本課程最好安排在大學(xué)一年級下學(xué)期以后。教師針對學(xué)生的具體情況，提出分層次的恰當(dāng)?shù)囊?，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生掌握基本內(nèi)容和基本方法，著眼于理解物理內(nèi)涵是十分重要的。實際上，本教材包括了要求大學(xué)生掌握、理解和了解的三個層次的內(nèi)容。在本書的編寫和修訂過程中，本人閱讀了國內(nèi)外許多同類教材以及相關(guān)雜志的文章，受益匪淺。特別是，許多老師和同學(xué)給予了熱情的幫助，北京大學(xué)薛立新同志、高等教育出版社劉偉、王文穎和陳鈞元同志為本書的出版做了大量的工作，我在此謹(jǐn)致以衷心的感謝。由于本人的學(xué)識有限，缺點和錯誤在所難免，誠懇地希望讀者提出寶貴的意見。

內(nèi)容概要

本書是“面向21世紀(jì)課程教材”，是在第一版的基礎(chǔ)上，根據(jù)在北京大學(xué)等院校多年的教學(xué)實踐和讀者意見，依照新的教學(xué)基本要求，從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及對人才培養(yǎng)的要求出發(fā)進行修訂的，在內(nèi)容方面充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化的特色。全書分力學(xué)和相對論、電磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、熱物理學(xué)五部分，總計30章，分上、下卷出版。 　　本書可作為高等學(xué)校理科非物理類專業(yè)的物理教材，也可供其他專業(yè)的師生選用和社會讀者閱讀。

書籍目錄

緒論　§1 物理學(xué)的意義　§2 物質(zhì)和相互作用　　一 宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型　　二 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)夸克的發(fā)現(xiàn)　　三 基本的相互作用　　四 粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型　§3 物理量的測量和單位制　§4 物理世界的層次和數(shù)量級第一部分 力學(xué)和相對論　第一章 質(zhì)點運動學(xué)　　§1-1 質(zhì)點運動的描述　　　一 質(zhì)點參考系和坐標(biāo)系　　　二 質(zhì)點運動的矢量描述　　　三 直角坐標(biāo)系拋體運動　　　四 平面極坐標(biāo)系橫向速度和徑向速度　　　五 自然坐標(biāo)系切向加速度和法向加速度　　§1-2 相對運動　　習(xí)題　第二章 動量守恒和質(zhì)點動力學(xué)　　§2-1 慣性定律和慣性系　　§2-2 質(zhì)量動量和動量守恒定律　　　一 兩質(zhì)點間的相互作用　　　二 慣性質(zhì)量　　　三 動量動量守恒定律　　§2-3 力沖量和動量定理　　　一 力的定義　　　二 力的疊加原理質(zhì)點系動量守恒的條件　　　三 牛頓運動定律　　　四 沖量動量定理　　§2-4 牛頓運動定律及其應(yīng)用　　　一 牛頓運動定律的表述　　　二 牛頓運動定律的應(yīng)用　　　三 自然界中常見的力　　§2-5 伽利略相對性原理非慣性系　　　一 伽利略相對性原理　　　二 伽利略變換　　　三 非慣性系　　　四 加速平動參考系中的慣性力　　　五 慣性離心力　　　六 科里奧利力　　習(xí)題　第三章 機械能守恒　　§3-1 機械能守恒定律　　§3-2 功和功率　　　一 功和能　　　二 功率　　§3-3 勢能　　　一 保守力保守系的機械能守恒　　　二 勢能函數(shù)　　§3-4 質(zhì)心參考系　　　一 動量中心系質(zhì)心　　　二 質(zhì)心運動定理　　　三 克尼希定理資用能　　§3-5 兩體碰撞　　§3-6 經(jīng)典分析力學(xué)中的哈密頓量　　習(xí)題　第四章 角動量守恒　　§4-1 角動量角動量守恒定律　　§4-2 力矩角動量定理　　　一 力矩質(zhì)點的角動量定理　　　二 質(zhì)點系的角動量定理　　　三 質(zhì)心系的角動量定理　　§4-3 質(zhì)點在有心力場中的運動　　　一 質(zhì)點在有心力場中運動的一般描述　　　二 機械能守恒和角動量守恒離心勢能和有效勢　　§4-4 對稱性與守恒定律　　　一 對稱性　　　二 對稱性與守恒定律　　習(xí)題　第五章 連續(xù)體力學(xué)　　§5-1 剛體運動學(xué)　　　一 剛體的平移和定軸轉(zhuǎn)動　　　二 剛體的平面平行運動　　§5-2 剛體動力學(xué)　　　一 定軸轉(zhuǎn)動剛體的角動量和轉(zhuǎn)動慣量　　　二 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和轉(zhuǎn)動定理　　　三 剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理　　　四 剛體的進動陀螺儀　　§5-3 固體的彈性　　　一 彈性體中的應(yīng)力和應(yīng)變　　　二 彈性體的拉伸和壓縮　　　三 彈性體的剪切形變　　§5-4 流體力學(xué)　　　一 流體的連續(xù)性方程　　　二 理想流體的定常流動　　　三 黏性流體的流動　　　四 流體的旋轉(zhuǎn)　　習(xí)題　第六章 振動和波　　§6-1 簡諧振動　　　一 描述簡諧振動的特征量　　　二 簡諧振動的合成　　　三 振動的分解傅里葉變換　　§6-2 彈性系統(tǒng)的振動　　　一 諧振子的自由振動　　　二 諧振子的阻尼振動　　　三 諧振子的受迫振動和共振　　§6-3 耦合振子　　　一 簡正模簡正頻率　　　二 簡正坐標(biāo)簡正模的疊加　　§6-4 機械波的產(chǎn)生和傳播　　　一 簡諧波的描述　　　二 波動方程　　　三 波的能量　　　四 聲波　　§6-5 駐波　　　一 駐波的形成和特點　　　二 兩端固定的弦中的駐波多自由度系統(tǒng)的簡正模　　　三 半波損失　　§6-6 多普勒效應(yīng)　　§6-7 波包非線性波　　　一 波包和群速　　　二 非線性效應(yīng)對波動的影響　　　三 孤波和孤子　　習(xí)題　第七章 相對論　　§7-1 狹義相對論的基本假設(shè)　　　一 相對論的意義　　　二 狹義相對論的基本假設(shè)　　　三 邁克耳孫一莫雷實驗　　§7-2 相對論運動學(xué)　　　一 相對論變換和時空觀　　　二 閔可夫斯基空間洛倫茲變換下的不變量　　　三 狹義相對論的時空觀　　§7-3 相對論動力學(xué)　　　一 動量和質(zhì)量　　　二 力功和動能　　　三 能量質(zhì)能關(guān)系　　　四 能量一動量關(guān)系　　　五 動量、能量和力的相對論變換　　§7-4 廣義相對論　　　一 等效原理　　　二 愛因斯坦的引力場方程　　　三 廣義相對論的檢驗　　習(xí)題第二部分 電磁學(xué)　第八章 電相互作用真空中的靜電場　　§8-1 電相互作用　　　一 電荷電荷守恒定律　　　二 庫侖定律靜電力的疊加原理　　　三 電場和電場強度　　　四 場強的疊加原理　　§8-2 靜電場的高斯定理　　　一 電場線　　　二 電場通量　　　三 靜電場的高斯定理　　　四 靜電場的高斯定理的微分形式　　§8-3 靜電場的環(huán)路定理 電勢　　　一 靜電場的環(huán)路定理　　　二 電勢差與電勢　　　三 電勢疊加原理　　　四 等勢面 電勢的梯度　　習(xí)題　第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)　　§9-1 靜電場中的導(dǎo)體　　　一 導(dǎo)體的靜電平衡條件　　　二 導(dǎo)體殼靜電屏蔽　　　三 電容和電容器　　§9-2 靜電場中的電介質(zhì)　　　一 電介質(zhì)的極化　　　二 極化強度和極化電荷　　　三 各向同性線性電介質(zhì)的極化規(guī)律　　　四 電位移有電介質(zhì)時的高斯定理　　　五 鐵電體、永電體和壓電體　　　六 電介質(zhì)的擊穿　　§9-3 靜電場的能量　　　一 帶電體系的靜電能　　　二 電場的能量和能量密度　　習(xí)題　第十章 電磁相互作用　　§10-1 磁相互作用　　　一 磁性現(xiàn)象　　　二 磁場和磁感應(yīng)強度　　　三 洛倫茲力　　　四 帶電粒子在磁場中的運動　　　五 霍爾效應(yīng)　　§10-2 運動電荷的電磁場　　　一 運動電荷的電場和磁場(非相對論的）　　　二 電磁場的相對論變換　　　三 運動電荷的電磁場(相對論的）　　　四 兩個運動電荷之間的相互作用　　§10-3 磁場和電流　　　一 恒定電流　　　二 畢奧一薩伐爾定律　　　三 安培定律　　習(xí)題　第十一章 恒定磁場和磁介質(zhì)　　§11-1 磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理　　　一 磁場的高斯定理矢勢　　　二 安培環(huán)路定理　　§11-2 有磁介質(zhì)時的高斯定理和安培環(huán)路定理　　　一 介質(zhì)的磁化　　　二 有磁介質(zhì)時的高斯定理　　　三 有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理　　§11-3 介質(zhì)的磁化規(guī)律　　　一 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)　　　二 鐵磁質(zhì)　　習(xí)題　第十二章 電磁感應(yīng)　　§12-1 電磁感應(yīng)定律　　　一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)　　　二 法拉第電磁感應(yīng)定律　　　三 楞次定律　　§12-2 動生電動勢和感生電動勢　　　一 動生電動勢　　　二 感生電動勢　　　三 電磁感應(yīng)定律的普遍形式　　　四 電磁感應(yīng)與相對性原理　　§12-3 互感和自感　　　一 互感　　　二 自感　　§12-4 磁場的能量　　　一 自感磁能　　　二 互感磁能　　　三 磁場的能量　　§12-5 暫態(tài)過程　　　一 LR電路的暫態(tài)過程　　　二 RC電路的暫態(tài)過程　　　三 LCR電路的暫態(tài)過程　　§12-6 超導(dǎo)電性　　　一 零電阻現(xiàn)象　　　二 邁斯納效應(yīng)　　　三 磁通量子化約瑟夫森效應(yīng)　　　四 超導(dǎo)磁體的特點　　習(xí)題　第十三章 電路　　§13-1 直流電路　　　一 電路中任意兩點之間的電勢差　　　二 基爾霍夫方程組　　§13-2 交流電及其簡單電路　　　一 交流電概述　　　二 交流電路中的基本元件　　　三 簡單交流電路的矢量圖解法　　§13-3 交流電路的復(fù)數(shù)解法　　　一 交流電的復(fù)數(shù)表示法　　　二 交流電路的基爾霍夫方程組及其復(fù)數(shù)形式　　§13-4 交流電的功率　　　一 瞬時功率和平均功率　　　二 功率因數(shù)　　§13-5 共振電路　　　一 串聯(lián)共振電路　　　二 共振電路的品質(zhì)因數(shù)　　　三 并聯(lián)共振電路　　習(xí)題　第十四章 電磁場和電磁波　　§14-1 位移電流　　　一 電磁場的基本規(guī)律　　　二 位移電流　　　三 安培環(huán)路定理的普遍形式　　§14-2 麥克斯韋方程組和邊界條件　　　一 麥克斯韋方程組　　　二 電磁場的邊界條件　　§14-3 電磁波　　　一 自由空間中的電磁波和平面電磁波　　　二 電磁波的輻射　　　三 電磁波譜　　§14-4 電磁場的能量和動量　　　一 電磁場的能量密度和能流密度　　　二 電磁場的動量　　　三 電磁場是物質(zhì)的一種形態(tài)　　習(xí)題附錄A 物理常量和數(shù)據(jù)　附錄A.1 基本物理常量(2002年國際推薦值）　附錄A.2 保留單位和標(biāo)準(zhǔn)值　附錄A.3 太陽系的基本數(shù)據(jù)(I）　附錄A.4 太陽系的基本數(shù)據(jù)(II）附錄B 復(fù)數(shù)附錄C 矢量附錄D 矢量場的散度和旋度附錄E 正交曲線坐標(biāo)系參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：盡管在帶正電的質(zhì)子之間存在著很大的靜電排斥相互作用，但短程的強相互作用（strong interaction）可以使原子核牢固地保持為一個整體。另一種短程相互作用是弱相互作用（weak interaction），它引起粒子之間的某些過程，例如原子的放射性衰變以及中子等各種粒子的衰變。引力相互作用（grvitafionalinteraction）雖是最弱的一種，但它在宇宙演化過程中卻起了主要的作用。在宏觀物體之間所能觀測到的，只有長程的電磁相互作用和引力相互作用。在物理學(xué)的發(fā)展過程中，最初人們認為粒子（Particle）是物質(zhì)（matter）存在的基本形式，粒子在空間占有一定的有限體積。為了描述粒子之間的相互作用，人們引進了場（field）的概念，例如電磁場和引力場等。場是充滿全空間的，沒有不可入性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，場與粒子一樣具有能量和動量，也具有不連續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)。因此，人們就把粒子和場看成是物質(zhì)存在的兩種基本形式?，F(xiàn)在，量子場論明確指出，在物質(zhì)存在的兩種基本形式中，場是更基本的。量子場論所給出的新的基本物理圖像是：每種粒子對應(yīng)于一種場，對應(yīng)于各種不同粒子的場互相重疊地充滿全空間；所有的場都處于基態(tài)時為物理真空；場的激發(fā)狀態(tài)表現(xiàn)為出現(xiàn)相應(yīng)的粒子，互為復(fù)共軛的兩種激發(fā)狀態(tài)表現(xiàn)為粒子和反粒子（antiparticle）互換的兩種物理狀態(tài)；粒子之間的相互作用來自場之間的相互作用。按照量子場論，所有的基本相互作用都是通過在相互作用著的粒子之間交換某種粒子來傳遞的，這些媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子（gauge boson）。例如，光子（photon）是傳遞電磁相互作用的媒介粒子，1983年發(fā)現(xiàn)的w+、W-和z0中間玻色子（intermediate boson）是傳遞弱相互作用的媒介粒子。量子色動力學(xué)預(yù)言，強相互作用的原始媒介粒子是八種膠子，它們在夸克之間所傳遞的原始相互作用稱為色相互作用（color interaction）。實驗上已經(jīng)得到膠子存在的證據(jù)，膠子的靜質(zhì)量為零，像光子一樣，但是鑒于夸克禁閉，色相互作用的作用距離不超過強子的尺度。應(yīng)該強調(diào)，在實驗上所觀測到的在復(fù)合粒子——強子之間的所謂強相互作用，是色相互作用的剩余相互作用（residualinteraction），是由介子來傳遞的。此外，理論還預(yù)言了傳遞引力相互作用的媒介粒子是引力子，但迄今為止在實驗上還沒有觀測到。1967年，溫伯格（S。Weinberg，1933一）和薩拉姆（A。Salam，1926一）在格拉肖（S.L.Glashow，1932-）理論的基礎(chǔ)上，先后提出了電磁相互作用和弱相互作用統(tǒng)一的規(guī)范理論-一電弱統(tǒng)一理論（electro-weak unified theory）。它的兩個重要的預(yù)言，即中性弱流的存在以及三個中間玻色子的質(zhì)量，都已得到了實驗的證實。

編輯推薦

《基礎(chǔ)物理學(xué)教程(上)》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材之一。

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